(57)【要約】  第１の状態と第２の状態とに切り替えられる光学デバイス（１）であって、透光性を有する第１基板（１１）と、第１基板（１１）に対向して配置された透光性を有する第２基板（１２）と、第１基板（１１）の第２基板（１２）側に形成された透光性を有する第１電極（２１）と、第２基板（１２）の第１基板（１１）側に形成された透光性を有する第２電極（２２）と、第１電極（２１）と第２電極（２２）との間に液晶材料として負の二色性液晶が封入された液晶層（４０）とを備え、第１の状態は、第１基板（１１）又は第２基板（１２）から入射する光のＳ波又はＰ波の一方が配光されて透過するとともにＳ波又はＰ波の他方が減光されて透過する状態であり、第２の状態は、第１基板（１１）又は第２基板（１２）から入射する光のＳ波又はＰ波の一方が減光されて透過するとともにＳ波又はＰ波の他方が減光されずに透過する状態である。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の状態と第２の状態とに切り替えられる光学デバイスであって、
透光性を有する第１基板と、
前記第１基板に対向して配置された透光性を有する第２基板と、
前記第１基板の前記第２基板側に形成された透光性を有する第１電極と、
前記第２基板の前記第１基板側に形成された透光性を有する第２電極と、
前記第１電極と前記第２電極との間に液晶材料が封入された液晶層とを備え、
前記液晶材料は、負の二色性液晶であり、
前記第１の状態は、前記第１基板又は前記第２基板から入射する光のＳ波又はＰ波の一方が配光されて透過するとともにＳ波又はＰ波の他方が減光されて透過する状態であり、
前記第２の状態は、前記第１基板又は前記第２基板から入射する光のＳ波又はＰ波の一方が減光されて透過するとともにＳ波又はＰ波の他方が減光されずに透過する状態である、
光学デバイス。
【請求項２】
前記第１電極の上に凹凸層が形成されている、
請求項１に記載の光学デバイス。
【請求項３】
前記凹凸層は、ストライプ状に形成された複数の凸部を有し、
前記第１の状態において、前記負の二色性液晶の色素の吸収軸は、前記凸部の長手方向と直交する方向に配列されている、
請求項２に記載の光学デバイス。
【請求項４】
前記第１電極及び前記第２電極の少なくとも一方は、特定の一方向に複数に分割されている、
請求項１に記載の光学デバイス。
【請求項５】
前記第１の状態において、前記負の二色性液晶の色素の吸収軸は、前記特定の一方向と平行な方向に配列されている、
請求項４に記載の光学デバイス。
【請求項６】
前記第１の状態と前記第２の状態とは、前記第１電極及び前記第２電極に印加する電圧によって切り替えられる、
請求項１〜５のいずれか１項に記載の光学デバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学デバイスに関する。
【背景技術】
【０００２】
入射する光の配光を制御することができる光学デバイスが提案されている。このような光学デバイスは、建物又は車等の窓に用いられる。例えば、光学デバイスを建物の窓に設置することで、室外から入射する太陽光等の外光の進行方向を変更して当該外光を室内の天井に向けて導入することができる。【０００３】
この種の光学デバイスとして、一対の透明基板と、一対の透明基板の内側に配置された一対の透明電極と、一対の透明電極の間に配置された液晶層とを備える液晶光学素子が知られている（例えば特許文献１）。このような光学デバイスでは、一対の透明電極に印加する電圧に応じて液晶層の液晶分子の配向状態を変化させることで、光学デバイスに入射する光の進行方向を変化させている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１２−１７３５３４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
このように、入射光の進行方向を変化させることができる（つまり配光することができる）光学デバイスが検討されている。このような光学デバイスを窓に貼り付けることによって、太陽光を曲げて室内の奥側にまで取り込むことができる。これにより、室内の広い範囲に太陽光を採光できるので、室内照度を向上させることができる。【０００６】
しかしながら、太陽光等の外光には偏光方向が異なるＳ波（Ｓ偏光）及びＰ波（Ｐ偏光）が含まれているため、従来の光学デバイスでは、Ｓ波及びＰ波の両方を配光させることが難しい。例えば、Ｓ波を天井面に向けて配光させているときには、Ｐ波については天井面に向けて配光させることが難しい。この場合、太陽光のＰ波は床面に向かって直進透過することになる。この結果、室内の窓際にいる人に直射光が照射されたり、室内の窓際にいる人が眩しさを感じたりする。【０００７】
本発明は、このような課題を解決するためになされたものであり、太陽光等の入射光を配光しつつ直射光を減光できる光学デバイスを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するために、本発明に係る光学デバイスの一態様は、第１の状態と第２の状態とに切り替えられる光学デバイスであって、透光性を有する第１基板と、前記第１基板に対向して配置された透光性を有する第２基板と、前記第１基板の前記第２基板側に形成された透光性を有する第１電極と、前記第２基板の前記第１基板側に形成された透光性を有する第２電極と、前記第１電極と前記第２電極との間に液晶材料が封入された液晶層とを備え、前記液晶材料は、負の二色性液晶であり、前記第１の状態は、前記第１基板又は前記第２基板から入射する光のＳ波又はＰ波の一方が配光されて透過するとともにＳ波又はＰ波の他方が減光されて透過する状態であり、前記第２の状態は、前記第１基板又は前記第２基板から入射する光のＳ波又はＰ波の一方が減光されて透過するとともにＳ波又はＰ波の他方が減光されずに透過する状態である。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、太陽光等の入射光を配光しつつ直射光を減光できる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】図１は、実施の形態に係る光学デバイスの断面図である。
【図２】図２は、実施の形態に係る光学デバイスの拡大断面図である。
【図３】図３は、実施の形態に係る光学デバイスの拡大平面図である。
【図４】図４は、実施の形態に係る光学デバイスに用いられる負の二色性液晶を模式的に示す図である。
【図５Ａ】図５Ａは、実施の形態に係る光学デバイスの第１光学作用を説明するための図である。
【図５Ｂ】図５Ｂは、実施の形態に係る光学デバイスの第２光学作用を説明するための図である。
【図６Ａ】図６Ａは、実施の形態に係る光学デバイスを窓に設置した場合に、光学デバイスが第１光学モード（第１の状態）にあるときの外光の採光例を模式的に示す図である。
【図６Ｂ】図６Ｂは、実施の形態に係る光学デバイスを窓に設置した場合に、光学デバイスが第２光学モード（第２の状態）にあるときの外光の採光例を模式的に示す図である。
【図７】図７は、変形例１に係る光学デバイスの拡大断面図である。
【図８】図８は、変形例１に係る光学デバイスの拡大平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の実施の形態について説明する。なお、以下に説明する実施の形態は、いずれも本発明の好ましい一具体例を示すものである。したがって、以下の実施の形態で示される、数値、形状、材料、構成要素、構成要素の配置位置及び接続形態などは、一例であって本発明を限定する主旨ではない。よって、以下の実施の形態における構成要素のうち、本発明の最上位概念を示す独立請求項に記載されていない構成要素については、任意の構成要素として説明される。
【００１２】
各図は、模式図であり、必ずしも厳密に図示されたものではない。したがって、各図において縮尺等は必ずしも一致していない。なお、各図において、実質的に同一の構成に対しては同一の符号を付しており、重複する説明は省略又は簡略化する。
【００１３】
また、本明細書及び図面において、Ｘ軸、Ｙ軸及びＺ軸は、三次元直交座標系の三軸を表しており、本実施の形態では、Ｚ軸方向を鉛直方向とし、Ｚ軸に垂直な方向（ＸＹ平面に平行な方向）を水平方向としている。Ｘ軸及びＹ軸は、互いに直交し、かつ、いずれもＺ軸に直交する軸である。なお、Ｚ軸方向のプラス方向を鉛直下方としている。また、本明細書において、「厚み方向」とは、光学デバイスの厚み方向を意味し、第１基板１１及び第２基板１２の主面に垂直な方向（本実施の形態では、Ｙ軸方向）のことであり、「平面視」とは、第１基板１１又は第２基板１２の主面に対して垂直な方向から見たときのことをいう。
【００１４】
（実施の形態）
まず、実施の形態に係る光学デバイス１の構成について、図１及び図２を用いて説明する。図１は、実施の形態に係る光学デバイス１の断面図である。図２は、同光学デバイス１の拡大断面図であり、図１の破線で囲まれる領域IIの拡大図を示している。図３は、同光学デバイス１の拡大平面図であり、図１の破線で囲まれる領域IIの平面図を示している。
【００１５】
光学デバイス１は、光学デバイス１に入射する光を制御する光制御装置である。具体的には、光学デバイス１は、光学デバイス１に入射する光の進行方向を変更して（つまり配光して）出射させることができる配光制御デバイスである。
【００１６】
図１及び図２に示すように、光学デバイス１は、一対の基板をなす第１基板１１及び第２基板１２と、一対の電極をなす第１電極２１及び第２電極２２と、凹凸層３０と、液晶層４０とを備える。
【００１７】
光学デバイス１は、第１基板１１と第２基板１２との間に、厚み方向に沿って、第１電極２１、凹凸層３０、液晶層４０及び第２電極２２がこの順で配置された構成となっている。
【００１８】
また、光学デバイス１において、第１基板１１、第１電極２１及び凹凸層３０は、第１積層基板１０を構成しており、第２基板１２及び第２電極２２は、第２積層基板２０を構成している。液晶層４０は、ギャップを介して配置された第１積層基板１０と第２積層基板２０との間に充填されている。
【００１９】
このように構成される光学デバイス１は、第１電極２１及び第２電極２２によって液晶層４０が駆動されるアクティブ型の光制御デバイスであり、光学作用が異なる第１の状態と第２の状態とに切り替えられる。光学デバイス１の光学作用の詳細については、後述する。
【００２０】
以下、光学デバイス１の各構成部材について、図１及び図２を参照して詳細に説明する。
【００２１】
［第１基板、第２基板］
図１及び図２に示すように、第１基板１１は、第１積層基板１０の基材（第１基材）であり、第２基板１２は、第２積層基板２０の基材（第２基材）である。
【００２２】
第１基板１１及び第２基板１２は、透光性を有する透光性基板である。第１基板１１及び第２基板１２としては、例えば、樹脂材料からなる樹脂基板又はガラス材料からなるガラス基板を用いることができる。
【００２３】
樹脂基板の材料としては、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、アクリル又はエポキシ等が挙げられる。ガラス基板の材料としては、ソーダガラス、無アルカリガラス又は高屈折率ガラス等が挙げられる。樹脂基板は、破壊時の飛散が少ないという利点がある。一方、ガラス基板は、光透過率が高く、かつ、水分の透過性が低いという利点がある。
【００２４】
第１基板１１と第２基板１２とは、同じ材料で構成されていてもよいし、異なる材料で構成されていてもよいが、同じ材料で構成されている方がよい。また、第１基板１１及び第２基板１２は、リジッド基板に限るものではなく、フレキシブル基板又はフィルム基板であってもよい。本実施の形態では、第１基板１１及び第２基板１２として、いずれもＰＥＴからなる透明樹脂基板（ＰＥＴ基板）を用いている。
【００２５】
第１基板１１及び第２基板１２は、互いに対向するように配置されている。したがって、第１基板１１は、第２基板１２に対向して配置された対向基板であり、第２基板１２は、第１基板１１に対向して配置された対向基板である。
【００２６】
第１基板１１と第２基板１２とは、例えば互いの端部外周に額縁状に形成された接着剤等のシール樹脂によって接着することができるが、これに限らない。例えば、シール樹脂を用いずに、レーザによって第１基板１１と第２基板１２とを溶着して接着してもよい。
【００２７】
第１基板１１及び第２基板１２の厚さは、例えば５μｍ〜３ｍｍであるが、これに限るものではない。本実施の形態において、第１基板１１及び第２基板１２の厚さは、いずれも５０μｍである。
【００２８】
また、第１基板１１及び第２基板１２の平面視の形状は、例えば正方形や長方形の矩形状であるが、これに限るものではなく、円形又は四角形以外の多角形であってもよく、任意の形状が採用され得る。
【００２９】
［第１電極、第２電極］
図１及び図２に示すように、第１電極２１及び第２電極２２は、電気的に対になっており、液晶層４０に電界を与えることができるように構成されている。また、第１電極２１と第２電極２２とは、電気的だけではなく配置的にも対になっており、互いに対向するように配置されている。
【００３０】
本実施の形態において、第１電極２１及び第２電極２２は、少なくとも凹凸層３０及び液晶層４０を挟むように、第１基板１１と第２基板１２との間に配置されている。第１電極２１は、第１基板１１と凹凸層３０との間に配置されている。
【００３１】
第１電極２１は、第１基板１１の第２基板１２側に形成されている。具体的には、第１電極２１は、第１基板１１の第２基板１２側の主面に形成されている。また、第２電極２２は、第２基板１２の第１基板１１側に形成されている。具体的には、第２電極２２は、第２基板１２の第１基板１１側の主面に形成されている。
【００３２】
第１電極２１及び第２電極２２の厚さは、例えば５ｎｍ〜２μｍであるが、これに限るものではない。本実施の形態において、第１電極２１及び第２電極２２の厚さは、いずれも１００ｎｍである。
【００３３】
また、第１電極２１及び第２電極２２の平面視の形状は、第１基板１１及び第２基板１２と同様に、例えば正方形や長方形の矩形状であるが、これに限るものではない。本実施の形態において、第１電極２１及び第２電極２２は、各基板表面のほぼ全面に形成された平面視形状が全体として略矩形状のべた電極である。
【００３４】
第１電極２１及び第２電極２２は、透光性を有する電極であり、入射した光を透過する。第１電極２１及び第２電極２２は、例えば透明導電層からなる透明電極である。透明導電層の材料としては、ＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ  Ｔｉｎ  Ｏｘｉｄｅ）やＩＺＯ（Ｉｎｄｉｕｍ  Ｚｉｎｃ  Ｏｘｉｄｅ）等の透明金属酸化物、銀ナノワイヤや導電性粒子等の導電体を含有する樹脂からなる導電体含有樹脂、又は、銀薄膜等の金属薄膜等を用いることができる。なお、第１電極２１及び第２電極２２は、これらの単層構造であってもよし、これらの積層構造（例えば透明金属酸化物と金属薄膜との積層構造）であってもよい。
【００３５】
第１電極２１及び第２電極２２は、外部電源との電気接続が可能となるように構成されている。例えば、液晶層４０を封止するシール樹脂の外部にまで第１電極２１及び第２電極２２の各々が引き出されて、この引き出された部分を外部電源に接続するための電極端子にしてもよい。
【００３６】
［凹凸層］
図１及び図２に示すように、凹凸層３０は、凹凸構造を有する層であり、層全体として凹凸面を有する。具体的には、凹凸層３０は、マイクロオーダサイズ又はナノオーダサイズの複数の凸部３１が配列された構成である。
【００３７】
凹凸層３０は、一対の電極をなす第１電極２１及び第２電極２２の一方の上に配置されている。本実施の形態において、凹凸層３０は、複数の凸部３１が液晶層４０側に突出するように、第１電極２１の上に形成されている。この場合、第１電極２１と凹凸層３０との間に密着層が形成されていてもよい。なお、凹凸層３０の第１電極２１側の面（凸部３１の第１電極２１側の面）は平坦な面となっている。
【００３８】
本実施の形態において、複数の凸部３１は、ストライプ状に形成されている。具体的には、複数の凸部３１の各々は、断面形状が台形でＸ軸方向に延在する長尺状の略四角柱形状であり、Ｚ軸方向に沿って等間隔に配列されている。これにより、隣り合う凸部３１の間は、ストライプ状の凹部となる。なお、全ての凸部３１が同じ形状となっているが、これに限るものではない。
【００３９】
各凸部３１は、例えば、高さが１００ｎｍ以上１００μｍ以下で、アスペクト比（高さ／下底）が１〜１０程度であるが、これに限るものではない。一例として、各凸部３１は、高さが１０μｍ程度で、下底が５μｍ程度で、上底が２μｍ程度である。
【００４０】
また、隣り合う２つの凸部３１の間隔（凹部の幅）は、例えば０以上１００ｍｍ以下である。つまり、隣り合う２つの凸部３１は、接触することなく所定の間隔をあけて配置されていてもよいし、接触して配置（間隔ゼロで）されていてもよいが、凸部３１の底辺以下であるとよい。一例として、上記サイズの凸部３１（高さ１０μｍ、下底５μｍ、上底２μｍ）の場合、隣り合う２つの凸部３１の間隔は、２μｍ程度である。
【００４１】
複数の凸部３１の各々は、一対の側面を有する。本実施の形態において、各凸部３１の断面形状は、第１基板１１から第２基板１２に向かう方向（Ｙ軸方向）に沿って先細りのテーパ形状である。したがって、各凸部３１の一対の側面の各々は、厚み方向に対して所定の傾斜角で傾斜する傾斜面となっており、各凸部３１において一対の側面の間隔（凸部３１の幅）は、第１基板１１から第２基板１２に向かって漸次小さくなっている。各凸部３１の２つの側面の傾斜角（底角）は、同じであってもよいし、異なっていてもよい。本実施の形態において、各凸部３１の２つの側面の傾斜角は同じである。
【００４２】
各凸部３１の一対の上側の側面の上では、第１基板１１側から凸部３１に入射した光が、液晶層４０と凸部３１との屈折率差に応じて屈折して透過したり屈折せずにそのまま透過したりする。また、本実施の形態において、凸部３１の一対の側面の上側の側面の上では、第１基板１１側から凸部３１に入射した光の一部は、当該側面への入射角に応じて全反射したり透過したりする。つまり、凸部３１の上側の側面は、光の入射角に応じて全反射面となりうる。
【００４３】
凹凸層３０（凸部３１）の材料としては、例えば、アクリル樹脂、エポキシ樹脂又はシリコーン樹脂等の透光性を有する樹脂材料を用いることができる。凹凸層３０は、例えばレーザー加工又はインプリント等によって形成することができる。本実施の形態において、凹凸層３０は、屈折率が１．５のアクリル樹脂を用いて形成した。
【００４４】
なお、凹凸層３０は、第１電極２１及び第２電極２２によって液晶層４０に電界を与えることができさえすれば、絶縁性の樹脂材料のみによって構成されていてもよいが、導電性を有していてもよい。この場合、凹凸層３０の材料は、ＰＥＤＯＴ等の導電性高分子、又は、導電体を含む樹脂（導電体含有樹脂）等を用いることができる。
【００４５】
［液晶層］
図１及び図２に示すように、液晶層４０は、第１積層基板１０と第２積層基板２０の間に配置されている。具体的には、液晶層４０は、第１電極２１と第２電極２２との間に液晶材料が封入された層である。
【００４６】
本実施の形態において、液晶層４０を構成する液晶材料は、負の二色性液晶４１である。ここで、負の二色性液晶４１について、図４を用いて説明する。図４は、実施の形態に係る光学デバイス１に用いられる負の二色性液晶４１を模式的に示す図である。なお、図４における、Ｘ軸、Ｙ軸及びＺ軸は、便宜的に、図２及び図３に示される負の二色性液晶４１の状態（つまり電圧が印加されていないときの状態）のときの３軸を示している。
【００４７】
負の二色性液晶４１には、色素（二色性色素）が含まれており、光を吸収する性質を有する。具体的には、図４に示すように、負の二色性液晶４１は、色素により光を吸収する吸収軸を有している。負の二色性液晶４１による光の吸収量は、例えば色素の含有量等によって調整することができる。
【００４８】
また、負の二色性液晶４１は、常光屈折率（ｎｏ）及び異常光屈折率（ｎｅ）の複屈折性を有する液晶分子によって構成されている。このような液晶材料としては、例えば、液晶分子が棒状分子からなるネマティック液晶等を用いることができる。
【００４９】
本実施の形態において、負の二色性液晶４１は、誘電率が長軸方向には大きく長軸に垂直な方向（短軸方向）には小さい棒状の液晶分子を有するポジ型の液晶材料である。
【００５０】
したがって、図４に示すように、負の二色性液晶４１では、色素による光の吸収軸が色素の棒状分子の長手方向と平行である。また、負の二色性液晶４１の色素の吸収軸は、液晶分子の長手方向と直交している。
【００５１】
液晶層４０の屈折率は、凹凸層３０の屈折率に近い値の屈折率と、凹凸層３０の屈折率との屈折率差が大きい屈折率との間で変化するとよい。したがって、本実施の形態では凹凸層３０の屈折率が１．５であることから、液晶層４０の液晶材料としては、常光屈折率が１．５で、異常光屈折率が１．７である負の二色性液晶４１を用いている。
【００５２】
また、液晶層４０の厚さ（つまり、第１積層基板１０と第２積層基板２０とのギャップ）は、例えば１μｍ〜１００μｍであるが、これに限るものではない。本実施の形態において、液晶層４０の厚さは、７μｍである。
【００５３】
このように構成される液晶層４０は、電界が与えられることによって主に可視光領域から近赤外での屈折率が調整可能な屈折率調整層として機能する。具体的には、液晶層４０は、電界応答性を有する負の二色性液晶４１によって構成されているので、液晶層４０に電界が与えられることで負の二色性液晶４１の液晶分子の配向状態が変化して液晶層４０の屈折率が変化する。
【００５４】
液晶層４０には、第１電極２１及び第２電極２２に電圧が印加されることによって電界が与えられる。したがって、第１電極２１及び第２電極２２に印加する電圧を制御することによって液晶層４０に与えられる電界が変化し、これにより、負の二色性液晶４１の液晶分子の配向状態が変化して液晶層４０の屈折率が変化する。つまり、液晶層４０は、第１電極２１及び第２電極２２に電圧が印加されることで屈折率が変化する。この場合、液晶層４０には、交流電力によって電界が与えられてもよいし、直流電力によって電界が与えられてもよい。交流電力の場合、電圧波形は、正弦波でもよいし、矩形波でもよい。
【００５５】
また、本実施の形態における液晶層４０は、負の二色性液晶４１によって構成されているので、液晶層４０を透過する光は、偏光の種類（Ｓ波、Ｐ波）と負の二色性液晶４１の色素の吸収軸との関係で吸収されたり吸収されなかったりする。
【００５６】
図２及び図３に示すように、第１電極２１及び第２電極２２に電圧が印加されていない状態では、第１積層基板１０と第２積層基板２０との間に封入された負の二色性液晶４１は、負の二色性液晶４１の棒状分子の長手方向と凸部３１の長手方向（本実施の形態では、Ｘ軸方向）とが平行となるように配列される。この結果、負の二色性液晶４１の色素の吸収軸は、凸部３１の長手方向と直交する方向（本実施の形態では、Ｚ軸方向）に配列されることになる。
【００５７】
［光学デバイスの製造方法］
次に、光学デバイス１の製造方法について、図１及び図２を参照しながら説明する。
【００５８】
まず、第１基板１１として例えばＰＥＴ基板を用いて、ＰＥＴ基板の上にＩＴＯ膜からなる第１電極２１を形成し、ＩＴＯ膜の上に、アクリル樹脂（屈折率１．５）によって構成された複数の凸部３１からなる凹凸層３０をインプリント法により形成することによって第１積層基板１０を作製する（第１積層基板作製工程）。
【００５９】
次に、第２基板１２として例えばＰＥＴ基板を用いて、ＰＥＴ基板の上に第２電極２２としてＩＴＯ膜を形成することで、第２積層基板２０を作製する（第２積層基板作製工程）。
【００６０】
次に、第１積層基板１０と第２積層基板２０との間に液晶層４０を充填する（液晶層充填工程）。例えば、液晶層充填工程では、第１電極２１（凹凸層３０）と第２電極２２とが対向するように第１積層基板１０と第２積層基板２０とを配置して、第１積層基板１０と第２積層基板２０との間に液晶層４０を充填する。
【００６１】
具体的には、液晶層４０の液晶材料としては、常光屈折率が１．５で、異常光屈折率が１．７であるポジ型のネマティック液晶からなる負の二色性液晶４１を用いて、第１積層基板１０と第２積層基板２０との間にこの液晶材料を注入し、第１積層基板１０と第２積層基板２０との外周を接合することで第１積層基板１０と第２積層基板２０との間に液晶層４０を封止する。
【００６２】
このようにして、図１に示される構造の光学デバイス１を製造することができる。
【００６３】
［光学デバイスの光学作用］
次に、実施の形態に係る光学デバイス１の光学作用について、図５Ａ及び図５Ｂを用いて説明する。図５Ａは、実施の形態に係る光学デバイス１の第１光学作用を説明するための図であり、図５Ｂは、同光学デバイス１の第２光学作用を説明するための図である。
【００６４】
光学デバイス１は、光を透過させることができる。本実施の形態では、第１基板１１を光入射側の基板としているので、光学デバイス１は、第１基板１１から入射した光を透過して第２基板１２から出射させることができる。
【００６５】
光学デバイス１に入射した光は、光学デバイス１を透過する際に光学デバイス１から光学作用を受ける。特に、光学デバイス１は、液晶層４０の屈折率の変化によって光学作用が変化する。このため、光学デバイス１に入射した光は、液晶層４０の屈折率に応じて異なる光学作用を受けることになる。
【００６６】
本実施の形態では、上述のとおり、凹凸層３０の屈折率が１．５（アクリル樹脂）であり、また、液晶層４０の液晶材料は、常光屈折率が１．５で異常光屈折率が１．７のポジ型のネマティック液晶からなる負の二色性液晶４１によって構成されている。
【００６７】
このように構成された光学デバイス１は、図５Ａに示すように、第１電極２１及び第２電極２２に電圧が印加されていないとき（電圧無印加時）には、第１の状態である第１光学モードとなり、入射した光に対して第１光学作用を与える。
【００６８】
第１光学モードでは、図５Ａに示すように、光学デバイス１に対して深い角度で斜め方向から入射する光Ｌ１（例えば太陽光等の入射角２０度以上で入射する光）のうちＳ波については、異常光屈折率（１．７）を感じるため、凹凸層３０の凸部３１と液晶層４０との間に屈折率差が生じる。このため、Ｓ波は、凸部３１の上側の側面と液晶層４０との界面で全反射して進行方向が変化し、跳ね返る方向に進行方向が曲げられて光学デバイス１の外部に出射する。つまり、光Ｌ１のＳ波は、光学デバイス１によって配光する。
【００６９】
このとき、負の二色性液晶４１の色素の吸収軸がＺ軸方向と平行であるので、光Ｌ１のＳ波は、負の二色性液晶４１によって吸収されない。つまり、第１光学モードにおいて、光Ｌ１のＳ波は、負の二色性液晶４１によって減光されることなく配光して光学デバイス１を透過する。
【００７０】
一方、光Ｌ１のＰ波については、常光屈折率（１．５）を感じるため、凸部３１と液晶層４０との間には屈折率差が生じない。このため、光Ｌ１のＰ波は、凸部３１と液晶層４０との界面で屈折したり全反射したりすることなく、光学デバイス１内をそのまま直進して光学デバイス１の外部に出射する。つまり、光Ｌ１のＰ波は、光学デバイス１によって配光されることなく直進透過する。
【００７１】
このとき、負の二色性液晶４１の色素の吸収軸がＺ軸方向と平行であるので、光Ｌ１のＰ波は、光Ｌ１のＳ波とは異なり、負の二色性液晶４１によって吸収されることになる。この場合、光Ｌ１のＰ波は、例えば負の二色性液晶４１によって５０％〜９０％程度吸収される。つまり、第１光学モードにおいて、光Ｌ１のＰ波は、負の二色性液晶４１によって大きく減光されて光学デバイス１を直進透過する。
【００７２】
このように、光学デバイス１が第１光学モード（第１の状態）の場合、光学デバイス１に対して深い角度で斜め方向から入射する光Ｌ１については、Ｓ波は減光されることなく配光されて光学デバイス１を透過し、Ｐ波は配光されることなく且つ減光されて光学デバイス１を直進透過する。
【００７３】
また、図５Ａに示すように、第１光学モードのときに、光学デバイス１に対して垂直に又は浅い角度で光Ｌ２（例えば景色光等）が入射した場合、光Ｌ２のうちＳ波については、光Ｌ１のＳ波と同様に、異常光屈折率（１．７）を感じるため、凸部３１と液晶層４０との間に屈折率差が生じる。このため、光Ｌ２のＳ波は、凸部３１と液晶層４０との界面で屈折することになるが、光Ｌ２は入射角が浅いので、凸部３１では全反射することなく、光学デバイス１の外部に出射する。つまり、光Ｌ２のＳ波は、光学デバイス１によって配光されることなく直進透過する。
【００７４】
このとき、負の二色性液晶４１の色素の吸収軸がＺ軸方向と平行であるので、光Ｌ２のＳ波は、光Ｌ１のＳ波と同様に、負の二色性液晶４１によって吸収されない。つまり、光Ｌ２のＳ波は、負の二色性液晶４１によって減光されない。
【００７５】
一方、光Ｌ２のＰ波については、常光屈折率（１．５）を感じるため、凸部３１と液晶層４０との間には屈折率差が生じない。このため、光Ｌ２のＰ波は、光Ｌ１のＰ波と同様に、凸部３１と液晶層４０との界面で屈折したり全反射したりすることなく、光学デバイス１内をそのまま直進して光学デバイス１の外部に出射する。つまり、光Ｌ２のＰ波は、光Ｌ２のＳ波と同様に、光学デバイス１によって配光されることなく直進透過する。
【００７６】
このとき、負の二色性液晶４１の色素の吸収軸がＺ軸方向と平行であるので、光Ｌ２のＰ波は、光Ｌ１のＰ波と同様に、負の二色性液晶４１によって吸収されることになる。このとき、光Ｌ２のＰ波は、負の二色性液晶４１によって５０％〜９０％程度吸収される。つまり、光Ｌ２のＰ波は、光Ｌ１のＰ波とは進行方向が異なるが、光Ｌ１のＰ波と同様に、負の二色性液晶４１によって減光されて光学デバイス１を直進透過する。
【００７７】
このように、光学デバイス１が第１光学モード（第１の状態）の場合、光学デバイス１に対して浅い角度で入射する光Ｌ２については、Ｓ波は減光も配光もされることなく光学デバイス１を透過し、Ｐ波は配光されないが減光されて光学デバイス１を直進透過する。
【００７８】
次に、光学デバイス１が第２光学モード（第２の状態）である場合について、図５Ｂを用いて説明する。図５Ｂに示すように、光学デバイス１は、第１電極２１及び第２電極２２に電圧が印加されているとき（電圧印加時）には、第２の状態である第２光学モードとなり、入射した光に対して第２光学作用を与える。
【００７９】
第２光学モードでは、第１電極２１及び第２電極２２によって液晶層４０に電界が与えられるので、図５Ｂに示すように、液晶層４０の負の二色性液晶４１は、液晶分子が第１基板１１（第２基板１２）の主面に対して立ち上がるように回転する。このとき、負の二色性液晶４１は、液晶分子の回転によって、液晶分子の長手方向がＹ軸と平行となるように、かつ、色素の吸収軸がＸ軸と平行となるように配列される。
【００８０】
第２光学モードでは、図５Ｂに示すように、光学デバイス１に対して深い角度で斜め方向から入射する光Ｌ１（例えば太陽光等の入射角３０度以上で入射する光）のうちＳ波については、常光屈折率（１．５）を感じるため、凹凸層３０の凸部３１と液晶層４０との間には屈折率差が生じない。このため、光Ｌ１のＳ波は、凸部３１と液晶層４０との界面で屈折したり全反射したりすることなく、光学デバイス１内をそのまま直進して光学デバイス１の外部に出射する。つまり、光Ｌ１のＳ波は、光学デバイス１によって配光されることなく直進透過する。
【００８１】
このとき、負の二色性液晶４１の色素の吸収軸がＸ軸方向と平行であるので、光Ｌ１のＳ波は、負の二色性液晶４１によって吸収されることになる。この場合、光Ｌ１のＳ波は、例えば負の二色性液晶４１によって５０％〜９０％程度吸収される。つまり、第２光学モード（第２の状態）において、光Ｌ１のＳ波は、負の二色性液晶４１によって減光されて光学デバイス１を直進透過する。
【００８２】
一方、光Ｌ１のＰ波については、光Ｌ１のＳ波と同様に、常光屈折率（１．５）を感じるため、凸部３１と液晶層４０との間には屈折率差が生じない。このため、光Ｌ１のＰ波も、光Ｓ１のＳ波と同様に、凸部３１と液晶層４０との界面で屈折したり全反射したりすることなく、光学デバイス１内をそのまま直進して光学デバイス１の外部に出射する。つまり、光Ｌ１のＰ波も、光Ｌ１のＰ波と同様に、光学デバイス１によって配光されることなく直進透過する。
【００８３】
このとき、負の二色性液晶４１の色素の吸収軸がＸ軸方向と平行であるので、光Ｌ１のＰ波は、光Ｌ１のＳ波と異なり、負の二色性液晶４１によって吸収されない。つまり、第２光学モード（第２の状態）において、光Ｌ１のＰ波は、負の二色性液晶４１によって減光されることなく光学デバイス１を直進透過する。
【００８４】
このように、光学デバイス１が第２光学モード（第２の状態）の場合、光学デバイス１に対して深い角度で斜め方向から入射する光Ｌ１については、Ｓ波もＰ波も配光されずに光学デバイス１を直進透過するが、Ｓ波は減光されて直進透過し、Ｐ波は減光されることなく直進透過する。
【００８５】
また、図５Ｂに示すように、第２光学モードのときに、光学デバイス１に対して垂直に又は浅い角度で光Ｌ２（例えば景色光等）が入射した場合、光Ｌ２のうちＳ波については、光Ｌ１のＳ波と同様に、常光屈折率（１．５）を感じるため、凸部３１と液晶層４０との間には屈折率差が生じない。このため、光Ｌ２のＳ波は、凸部３１と液晶層４０との界面で屈折したり全反射したりすることなく、光学デバイス１内をそのまま直進して光学デバイス１の外部に出射する。つまり、光Ｌ２のＳ波は、光学デバイス１によって配光されることなく直進透過する。
【００８６】
このとき、負の二色性液晶４１の色素の吸収軸がＸ軸方向と平行であるので、光Ｌ２のＳ波は、Ｌ１のＳ波と同様に、負の二色性液晶４１によって吸収される。この場合、光Ｌ２のＳ波は、例えば負の二色性液晶４１によって５０％〜９０％程度吸収される。つまり、第２光学モード（第２の状態）において、光Ｌ２のＳ波は、光Ｌ１のＳ波とは進行方向が異なるが、負の二色性液晶４１によって減光されて直進透過する。
【００８７】
一方、光Ｌ２のＰ波についても、光Ｌ２のＳ波と同様に、常光屈折率（１．５）を感じるため、凸部３１と液晶層４０との間には屈折率差が生じない。このため、光Ｌ２のＰ波は、光Ｌ１のＰ波と同様に、凸部３１と液晶層４０との界面で屈折したり全反射したりすることなく、光学デバイス１内をそのまま直進して光学デバイス１の外部に出射する。つまり、光Ｌ２のＰ波は、光Ｌ１のＰ波と同様に、光学デバイス１によって配光されることなく直進透過する。
【００８８】
このとき、負の二色性液晶４１の色素の吸収軸がＸ軸方向と平行であるので、光Ｌ２のＰ波は、光Ｌ１のＰ波と同様に、負の二色性液晶４１によって吸収されない。つまり、第２光学モード（第２の状態）において、光Ｌ２のＰ波は、負の二色性液晶４１によって減光されることなく光学デバイス１を直進透過する。
【００８９】
このように、光学デバイス１が第２光学モード（第２の状態）の場合、光学デバイス１に対して浅い角度で入射する光Ｌ２については、Ｓ波もＰ波も配光されずに光学デバイス１を直進透過するが、Ｓ波は減光されて直進透過し、Ｐ波は減光されることなく透過する。
【００９０】
このように構成される光学デバイス１は、凸部３１と液晶層４０との屈折率マッチングを電界によって制御することで光学作用（状態）を変化させることができるアクティブ型の配光制御デバイスである。つまり、第１電極２１及び第２電極２２に印加する電圧を制御することによって、光学デバイス１を、第１の状態である第１光学モード（図５Ａ）と第２の状態である第２光学モード（図５Ｂ）とに切り替えることができる。
【００９１】
具体的には、光学デバイス１は、第１電極２１及び第２電極２２に印加する電圧を制御することにより、入射した光を配光させることができ、直進光を５％〜２０％に減光することができる配光状態（配光モード）である第１の状態と、入射した光を配光させずに、直進光が３５％〜７０％程度透過する透明状態（透明モード）である第２の状態とに切り替えることができる。なお、本実施の形態では、第１の状態（配光状態）が電圧無印加状態となっており、この第１の状態のときに、斜め入射する光（太陽光等）のＳ波が配光される。
【００９２】
また、第１電極２１及び第２電極２２に印加する電圧の値を変化させることによって、負の二色性液晶４１の液晶分子の配向状態を変化させることができる。つまり、第１の状態（第１光学モード）と第２の状態（第２光学モード）の２つの状態だけではなく、３つ以上の状態に切り替えることができる。例えば、第１電極２１及び第２電極２２によって第１光学モードのときと第２光学モードのときとの中間の電圧値を印加することで、負の二色性液晶４１の液晶分子の配向状態を、第１光学モードのとき（図５Ａ）と第２光学モードのとき（図５Ｂ）との中間の状態にすることができる。なお、光学デバイス１の状態は、２つ及び３つに限るものではなく、４つ以上の複数の状態が存在していてもよいし、第１の状態と第２の状態の間の状態が漸次変化する状態であって明確に判別できる状態でなくてもよい。
【００９３】
このように、第１電極２１及び第２電極２２に印加する電圧の値を変化させることで、入射した光が負の二色性液晶４１から受ける屈折率を変化させることができるので、入射した光を跳ね返る方向に曲げて配光させるときの配光角度（仰角）を変化させることができる。つまり、配光率（採光率）を変化させることができる。
【００９４】
また、負の二色性液晶４１の液晶分子の配向状態が変化すると、入射した光が負の二色性液晶４１の色素から受ける光の吸収率も変化する。つまり、光学デバイス１を透過する光の減光率が変化する。これにより、第１電極２１及び第２電極２２に印加する電圧の値を変化させることで、光学デバイス１を透過する光の減光率を制御することもできる。
【００９５】
［光学デバイスの使用例と作用効果］
次に、実施の形態に係る光学デバイス１の使用例と作用効果について、図５Ａ及び図５Ｂを参照しながら、図６Ａ及び図６Ｂを用いて説明する。図６Ａ及び図６Ｂは、実施の形態に係る光学デバイス１を窓に設置した場合の使用例を示す図である。図６Ａは、同光学デバイス１が第１光学モード（第１の状態）にあるときの外光の採光例を模式的に示しており、図６Ｂは、同光学デバイス１が第２光学モード（第２の状態）にあるときの外光の採光例を模式的に示している。
【００９６】
図６Ａ及び図６Ｂに示すように、光学デバイス１は、建物１００の窓１１０に設置することで、配光機能付き窓として実現することができる。光学デバイス１は、例えば、粘着層を介して窓１１０に貼り合わされる。この場合、光学デバイス１は、第１基板１１及び第２基板１２の主面が鉛直方向（Ｚ軸方向）と平行となるような姿勢（つまり立設する姿勢）で窓１１０に設置される。
【００９７】
また、図６Ａ及び図６Ｂでは光学デバイス１の詳細な構造が図示されていないが、光学デバイス１は、第１基板１１が屋外側で第２基板１２が室内側となるように配置されている。つまり、図６Ａ及び図６Ｂにおいて、光学デバイス１は、第１基板１１が光入射側で、第２基板１２が光出射側となるように配置されている。
【００９８】
まず、光学デバイス１が第１光学モード（第１の状態）である場合について、図５Ａ及び図６Ａを用いて説明する。
【００９９】
光学デバイス１が第１光学モードである場合、図５Ａで説明したように、太陽光等のように光学デバイス１に対して深い角度で斜め方向から入射する光Ｌ１については、Ｓ波は減光されることなく配光されて光学デバイス１を透過し、Ｐ波は配光されることなく減光されて光学デバイス１を直進透過する。
【０１００】
これにより、図６Ａに示すように、光学デバイス１が第１光学モードのときの太陽光（光Ｌ１）のＳ波については、液晶層４０の負の二色性液晶４１によって減光されることなく配光されて、室内の天井に照射される。
【０１０１】
一方、太陽光（光Ｌ１）のＰ波については、深い角度のまま、そのまま斜め下方に向かって直進透過するが、液晶層４０の負の二色性液晶４１によって吸収されて減光される。
【０１０２】
したがって、第１光学モードのときには、天井面に配光させる太陽光の光量を減らさずに高い照度を保ったまま、室内の窓際の直射光を減光させることができる。これにより、室内の窓際にいる人への直射光を遮光することができるので、直射光による暑さの影響を緩和できる。例えば、暑さを１／５〜１／２０程度に抑えることができる。また、室内の窓際の直射光を減光させることで、室内の窓際にいる人が眩しさを感じたりすることも抑制できる。
【０１０３】
また、上記図５Ａで説明したように、光学デバイス１が第１光学モードのときに光学デバイス１に対して浅い角度で入射する光Ｌ２については、Ｓ波は減光も配光もされることなく光学デバイス１を透過し、Ｐ波は配光されないが減光されて光学デバイス１を直進透過する。
【０１０４】
これにより、図６Ａに示すように、第１光学モードのときの景色光（Ｌ２）のＳ波については、減光も配光もされることなく透過する。
【０１０５】
一方、浅い角度で入射する景色光（Ｌ２）のＰ波については、そのまま直進透過するが、液晶層４０の負の二色性液晶４１によって吸収されて減光される。
【０１０６】
したがって、第１光学モードの場合、景色光は、Ｐ波の吸収分で光量が大きく低減してかなり暗くはなるが、室内のユーザは室外の景色を見ることができる。つまり、光学デバイス１は窓本来の外の景色が見えるという機能を確保できる。
【０１０７】
次に、光学デバイス１が第２光学モード（第２の状態）である場合について、図５Ｂ及び図６Ｂを用いて説明する。
【０１０８】
光学デバイス１が第２光学モードである場合、図５Ｂで説明したように、太陽光等のように光学デバイス１に対して深い角度で斜め方向から入射する光Ｌ１については、Ｓ波もＰ波も配光されずに光学デバイス１を直進透過するが、Ｓ波は減光されて直進透過し、Ｐ波は減光されることなく斜め下方に直進透過する。
【０１０９】
これにより、図６Ｂに示すように、光学デバイス１が第２光学モードのときの太陽光（光Ｌ１）のＳ波については、深い角度のまま、そのまま斜め下方に向かって直進透過するが、液晶層４０の負の二色性液晶４１によって吸収されて減光される。
【０１１０】
一方、太陽光（光Ｌ１）のＰ波については、液晶層４０の負の二色性液晶４１によって減光されることなく、そのまま斜め下方に向かって直進透過する。
【０１１１】
したがって、第２光学モードの場合、太陽光は、どの角度から入射した光のＳ波もＰ波も直進透過するので、どの角度から見ても透明状態になる。また、これまでは上下左右に少し傾いた方向から見ると、Ｓ波とＰ波における凹凸層３０と液晶層４０の屈折率差が微妙に異なるため、Ｓ波とＰ波の進行方向が僅かにずれ、その結果として、外の景色が２重に見える現象（２重像）が発生したが、本実施の形態における光学デバイス１では、Ｓ波が減光されるので、実質的にはＰ波のみが見えることになり、Ｓ波とＰ波の両方が見えることによる２重像がなくなる。したがって、外の景色がより明るくクリアに見えるようになる。
【０１１２】
また、上記図５Ｂで説明したように、光学デバイス１が第２光学モードのときに光学デバイス１に対して浅い角度で入射する景色光（光Ｌ２）については、Ｓ波もＰ波も配光されずに光学デバイス１を直進透過するが、Ｓ波は減光されながら直進透過し、Ｐ波は減光されることなく透過する。
【０１１３】
これにより、図６Ｂに示すように、第２光学モードのときの景色光（Ｌ２）のＳ波については、そのまま直進透過するが、液晶層４０の負の二色性液晶４１によって吸収されて減光される。
【０１１４】
一方、景色光（Ｌ２）のＰ波については、液晶層４０の負の二色性液晶４１によって吸収されることなく、そのまま直進透過する。
【０１１５】
したがって、第２光学モードの場合、景色光は、Ｓ波の吸収分で光量が低減するが、Ｐ波のほとんどが見えるため、室内のユーザは室外の景色を明るくクリアに見ることができる。つまり、光学デバイス１は窓本来の外が見えるという機能を確保できる。
【０１１６】
なお、図６Ｂにおいて、太陽が沈み夜になった場合、昼間の場合と同様に、月光（Ｌ１）も景色光（Ｌ２）もＳ波又はＰ波が液晶層４０で吸収されて減光されるが、光の吸収量は半分程度であるので、夜間であっても、室内のユーザは、月光（Ｌ１）も景色光（Ｌ２）も見ることができる。
【０１１７】
このように、光学デバイス１は、第１電極２１及び第２電極２２に印加する電圧を制御することで、電圧無印加状態の第１光学モード（第１の状態）と電圧印加状態の第２光学モード（第２の状態）とに切り替えることができる。
【０１１８】
このとき、第１電極２１及び第２電極２２に印加する電圧の値を制御して液晶層４０の屈折率を調整することによって、太陽光のＳ波については光学デバイス１から出射する光の配光角（仰角）を調整できる。これにより、季節や時間によって太陽高度が異なる場合でも太陽高度に応じて光学デバイス１から出射する光の配光角を調整することで、室内の広い範囲にムラなく太陽光を室内に取り入れることができる。この場合、液晶層４０の屈折率は、第１電極２１及び第２電極２２に印加する電圧を制御することで段階的に変化させてもよいし直線的に変化させてもよい。つまり、配光角を段階的に変化させてもよいし直線的に変化させてもよい。
【０１１９】
［まとめ］
以上、本実施の形態における光学デバイス１では、第１電極２１と第２電極２２との間に封入された液晶層４０の液晶材料として負の二色性液晶４１を用いている。
【０１２０】
これにより、第１電極２１及び第２電極２２に印加する電圧を制御することで、入射光のＳ波又はＰ波の一方が配光されて透過するとともに入射光のＳ波又はＰ波の他方が減光されて透過する第１の状態と、入射光のＳ波又はＰ波の一方が減光されて透過するとともにＳ波又はＰ波の他方が減光されずに透過する第２の状態とを切り替えることができる。
【０１２１】
本実施の形態では、第１電極２１及び第２電極２２に電圧を印加していないときの状態を第１状態として、第１電極２１及び第２電極２２に電圧を印加しているときの状態を第２状態としている。そして、第１の状態のときに、太陽光等の入射光のＳ波が配光されて透過するとともに入射光のＰ波が減光され、第２の状態のときに、太陽光等の入射光のＳ波が減光されて透過するとともに入射光のＰ波が減光されることなく透過している。
【０１２２】
これにより、太陽光等の入射光を配光しつつ直射光を減光でき、かつ、景色が見える透明状態とも切替可能な光学デバイス１を実現できる。
【０１２３】
（変形例）
次に、変形例に係る光学デバイス１Ａについて、図７及び図８を用いて説明する。図７は、変形例１に係る光学デバイス１Ａの拡大断面図である。図８は、同光学デバイス１Ａの拡大平面図である。
【０１２４】
上記実施の形態における光学デバイス１では、第１電極２１が分割されておらず１つのべた電極であったが、本変形例における光学デバイス１Ａでは、第１電極２１Ａが、特定の一方向に複数に分割されている。つまり、本変形例における第１電極２１Ａは、特定の一方向に並ぶ複数の分割電極２１Ａ１によって構成されている。
【０１２５】
具体的には、本変形例では、特定の一方向をＺ軸方向としている。したがって、図７及び図８に示すように、第１電極２１Ａは、Ｚ軸方向に分割されている。この場合、複数の分割電極２１Ａ１は、Ｘ軸方向に（つまり特定の一方向に直交する方向）に延在するようにストライプ状に形成されている。
【０１２６】
本変形例において、液晶層４０の液晶材料は、上記実施の形態と同様に、負の二色性液晶４１である。また、本変形例でも、第１電極２１及び第２電極２２に電圧が印加されていないときの状態（第１の状態）において、負の二色性液晶４１の色素の吸収軸は、特定の一方向であるＺ軸方向と平行な方向に配列されている。
【０１２７】
なお、本変形例における光学デバイス１Ａでは、上記実施の形態における光学デバイス１とは異なり、凹凸層３０（凸部３１）が形成されていない。具体的には、第１電極２１Ａと第２電極２２との間には液晶層４０しか存在しない。
【０１２８】
光学デバイス１Ａを窓等に設置する場合、例えば、第１電極２１Ａの特定の一方向である分割方向（本実施の形態ではＺ軸方向）が鉛直方向となるよう光学デバイス１Ａを配置する。つまり、分割電極２１Ａ１の長手方向が水平方向となるように光学デバイス１Ａを配置する。
【０１２９】
このように構成される光学デバイス１Ａは、上記実施の形態と同様に、第１電極２１Ａ及び第２電極２２に印加する電圧を制御することによって、光学作用が異なる第１の状態と第２の状態とに切り替えることができる。
【０１３０】
ただし、上記実施の形態における光学デバイス１では、凹凸層３０と液晶層４０との屈折率差を変化させることによって光学作用が異なる２つの状態を切り替えていたが、本変形例における光学デバイス１Ａでは、液晶層４０内の電界分布を変えることによって光学作用が異なる２つの状態を切り替えている。つまり、本変形例における光学デバイス１Ａは、電界型の配光制御デバイスである。
【０１３１】
具体的には、本変形例における光学デバイス１Ａでは、第１電極２１ＡがＺ軸方向に沿って複数の分割電極２１Ａ１に分割されているため、Ｚ軸方向に沿って、分割電極２１Ａ１が存在する箇所と分割電極２１Ａ１が存在しない箇所とが交互に繰り返されている。
【０１３２】
これにより、第１電極２１Ａ及び第２電極２２に電圧を印加すると、隣り合う２つの分割電極２１Ａ１を一対の電極とし、この一対の電極ごとに第１電極２１Ａから第２電極２２に向かって凸となる弓なり状の電界分布が形成される。液晶層４０の負の二色性液晶４１の液晶分子は、この電界分布にしたがって動くことになり、液晶層４０内には電界分布にしたがった屈折率分布が形成されて、実効的な屈折率差が生じる。
【０１３３】
この結果、光学デバイス１Ａに入射した光の一部を、跳ね返る方向に進行方向を変化させることが可能となる。つまり、光学デバイス１Ａに入射した光の一部を配光させることができる。また、光学デバイス１Ａに入射した光の他の一部は、配光されずに、かつ、負の二色性液晶４１によって吸収されて光学デバイス１Ａを透過する。つまり、光学デバイス１Ａに入射した光の一部を減光させることができる。
【０１３４】
一方、第１電極２１Ａ及び第２電極２２に電圧を印加しない場合、液晶層４０内に電界分布が形成されず、液晶層４０の負の二色性液晶４１は図７及び図８に示す配列のままとなる。したがって、液晶層４０内には、実効的な屈折率差が生じない。
【０１３５】
これにより、光学デバイス１Ａに入射した光を配光させることなく透過させることができる。このとき、光学デバイス１Ａに入射した光の一部は、負の二色性液晶４１によって吸収されて光学デバイス１Ａを透過する。つまり、光学デバイス１Ａに入射した光は減光する。
【０１３６】
このように、本変形例における光学デバイス１Ａは、上記実施の形態における光学デバイス１と同様に、第１電極２１及び第２電極２２に印加する電圧を制御することによって、入射した光を配光させることができ、直進光を５％〜２０％に減光することができる配光状態（配光モード）である第１の状態と、入射した光を配光させずに、直進光が３５％〜７０％程度透過する透明状態（透明モード）である第２の状態とに切り替えることができる。なお、本変形例では、上記実施の形態と異なり、配光状態である第１の状態が電圧印加状態であり、半透明状態である第２の状態は電圧無印加状態である。
【０１３７】
以上、本変形例における光学デバイス１Ａでも、上記実施の形態における光学デバイス１Ａと同様に、第１電極２１と第２電極２２との間に封入された液晶層４０の液晶材料として負の二色性液晶４１を用いている。
【０１３８】
これにより、第１電極２１及び第２電極２２に印加する電圧を制御することで、入射光のＳ波又はＰ波の一方が配光されて透過するとともに入射光のＳ波又はＰ波の他方が減光されて透過する第１の状態と、入射光のＳ波又はＰ波の一方が減光されて透過するとともにＳ波又はＰ波の他方が減光されずに透過する第２の状態とを切り替えることができる。
【０１３９】
これにより、太陽光等の入射光を配光しつつ直射光を減光でき、かつ、景色が見える透明状態とも切替可能な光学デバイス１を実現できる。
【０１４０】
なお、本変形例では、上記実施の形態における第１電極２１を複数に分割したが、これに限らない。例えば、第２電極２２を複数に分割してもよいし、第１電極２１及び第２電極２２の両方を複数に分割してもよい。つまり、第１電極２１及び第２電極２２の少なくとも一方が、特定の一方向において複数に分割されていればよい。ただし、配光状態である第１の状態において、負の二色性液晶４１の色素の吸収軸がその特定の一方向と平行な方向に配列されているとよい。
【０１４１】
（その他変形例等）
以上、本発明に係る光学デバイスについて、実施の形態及び変形例に基づいて説明したが、本発明は、上記実施の形態及び変形例に限定されるものではない。
【０１４２】
例えば、上記実施の形態では、第１の状態のときに、太陽光等の入射光のＳ波を配光させるとともに入射光のＰ波を減光させ、第２の状態のときに、太陽光等の入射光のＳ波を減光させるとともに入射光のＰ波を減光させないようにしたが、これに限らない。具体的には、第１の状態のときに、入射光のＰ波を配光させるとともに入射光のＳ波を減光させ、第２の状態のときに、入射光のＰ波を減光させるとともに入射光のＳ波を減光させないようにしてもよい。つまり、第１の状態のときに、入射光のＳ波又はＰ波の一方を配光させるとともにＳ波又はＰ波の他方を減光させ、第２の状態のときに、入射光のＳ波又はＰ波の一方を減光させてＳ波又はＰ波の他方を減光させることができればよい。
【０１４３】
また、上記実施の形態において、凹凸層３０を構成する凸部３１は、断面形状が略台形の長尺状の略四角柱であったが、これに限らない。例えば、凸部３１は、断面形状が略三角形の長尺状の略三角柱等であってもよい。さらに断面形状の側面部は、曲線又は鋸状であってもよい。さらには、凸部３１は、ストライプ状ではなく、波線状やドット状に配列されていてもよい。
【０１４４】
また、上記実施の形態において、凹凸層３０の複数の凸部３１は、互いに分離して形成されていたが、これに限らない。例えば、複数の凸部３１は、根元で互いに連結されていてもよい。つまり、凹凸層３０は、複数の凸部３１が連結されて表面が凹凸面となった１つの層であってもよい。
【０１４５】
また、上記実施の形態において、複数の凸部３１の各々は、同じ形状としたが、これに限るものではなく、例えば、面内において異なる形状であってもよい。例えば、光学デバイス１におけるＺ軸方向の上半分と下半分とで複数の凸部３１の側面（傾斜面）の傾斜角を異ならせてもよい。
【０１４６】
また、上記実施の形態において、複数の凸部３１の高さは、一定としたが、これに限るものではない。例えば、複数の凸部３１の高さがランダムに異なっていてもよい。あるいは、凸部３１の間隔がランダムに異なっていてもよいし、高さと間隔の両方がランダムであってもよい。このようにすることで、光学デバイスを透過する光が虹色に見えてしまうことを抑制できる。つまり、複数の凸部３１の高さをランダムに異ならせることで、凸部３１と液晶層４０との界面での微小な回折光や散乱光が波長で平均化されて出射光の色付きが抑制される。
【０１４７】
また、上記実施の形態において、凹凸層３０の凸部３１の頂部は、第２電極２２と接触しているが、これに限らない。例えば、凹凸層３０の凸部３１の頂部が第２電極２２と離間していて、凸部３１の頂部と第２電極２２との間に液晶材料が存在していてもよい。
【０１４８】
また、上記実施の形態において、凹凸層３０は、第１基板１１及び第２基板１２の両方に形成されていてもよい。この場合、第１電極２１の上に第１凹凸構造を有する第１凹凸層を形成し、第２電極２２の上に第２凹凸構造を有する第２凹凸層を形成すればよい。
【０１４９】
また、上記実施の形態において、凸部３１の長手方向がＸ軸方向となるように光学デバイス１を窓に配置したが、これに限らない。同様に、上記変形例において、分割電極２１Ａ１の長手方向がＸ軸方向となるように光学デバイス１Ａを窓に配置したが、これに限ららない。例えば、凸部３１又は分割電極２１Ａ１の長手方向がＺ軸方向またはＺ軸方向に回転させた配置となるように光学デバイス１又は１Ａを窓に配置してもよい。
【０１５０】
また、上記実施の形態及び変形例では、光学デバイス１及び１Ａの第１基板１１を光入射側とし、第１基板１１から光を入射させて第２基板１２から光を出射させたが、これに限らない。つまり、光学デバイス１及び１Ａの第２基板１２を光入射側とし、第２基板１２から光を入射させて第１基板１１から光を出射させてもよい。
【０１５１】
また、上記実施の形態及び変形例において、光学デバイス１及び１Ａを窓１１０に貼り付けたが、光学デバイス１及び１Ａを建物１００の窓そのものとして用いてもよい。また、光学デバイス１及び１Ａは、建物１００の窓１１０に設置する場合に限るものではなく、例えば車の窓等に設置してもよい。
【０１５２】
また、上記実施の形態及び変形例において、液晶層４０の液晶材料は、正の誘電異方性を有するポジ型液晶に限るものではなく、負の誘電異方性を有するネガ型液晶であってもよい。
【０１５３】
また、上記実施の形態及び変形例において、光学デバイス１及び１Ａに入射する光として太陽光を例示したが、これに限るものではない。例えば、光学デバイス１及び１Ａに入射する光は、照明器具等の発光装置が発する光であってもよい。
【０１５４】
なお、その他、上記実施の形態及び変形例に対して当業者が思いつく各種変形を施して得られる形態、又は、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で上記の各実施の形態及び変形例における構成要素及び機能を任意に組み合わせることで実現される形態も本発明に含まれる。
【０１５５】
なお、その他、上記実施の形態及び変形例に対して当業者が思いつく各種変形を施して得られる形態、又は、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で上記の各実施の形態及び変形例における構成要素及び機能を任意に組み合わせることで実現される形態も本発明に含まれる。
【符号の説明】
【０１５６】
１、１Ａ  光学デバイス
１１  第１基板
１２  第２基板
２１、２１Ａ  第１電極
２２  第２電極
３０  凹凸層
４０  液晶層
４１  負の二色性液晶
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図７】
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【図８】
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【国際調査報告】
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